關(guān)于渦輪葉片尺寸穩(wěn)定性地實驗調(diào)查

1、百度文郵-讓每個人平零地捉升口我關(guān)于渦輪葉片尺寸穩(wěn)定性的實驗調(diào)查摘要：本文介紹的是渦輪葉片簡易蠟?zāi)３叻€(wěn)定性的實驗研究。山于超級合金制作的渦輪葉片, 具有嚴(yán)格的尺寸和形位公差。葉片山熔模鑄造制作而成，包括圧蠟、制殼、脫蠟、澆注及后處理完 成。壓蠟階段的尺寸準(zhǔn)確性如同后處理工序一樣，對最終的葉片尺寸也有很大的影響。此項實驗工 作的重點是在射蠟階段，調(diào)查過程參數(shù)及葉片形位要素對關(guān)鍵尺寸收縮造成的影響。為了降低分析 和模具制造的復(fù)雜性，按照葉片形狀設(shè)計了兩種模型。一副模具上帶有兩個穴（形成兩個蠟?zāi)＃?。選 取射蠟溫度和射蠟時間作為可變過程參數(shù)。結(jié)果會發(fā)現(xiàn)，對葉片的彎曲度和不規(guī)則的厚度的影響有 明顯的不同

2、。射蠟時間比射蠟溫度起了更加主要的影響。1.介紹燃?xì)鉁u輪的作用是把熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。適用于很多工業(yè)領(lǐng)域，如泵，過濾，提純，發(fā)電 機(jī)及運(yùn)輸。燃?xì)鉁u輪的一個關(guān)鍵組成部分就是葉片，包括可轉(zhuǎn)動的葉片及靜止葉片。葉片在困 難運(yùn)行條件下發(fā)揮作用，如高溫，高機(jī)械壓力，高熱疲勞或腐蝕性環(huán)境等等。渦輪葉片尺寸及 形位公差都很小，是山超級合金采用熔模鑄造的方式生產(chǎn)出來的。此工序是用于生產(chǎn)高質(zhì)量、 形狀復(fù)雜的產(chǎn)品。熔模鑄造特別是用在，當(dāng)產(chǎn)品用其他制作方式如鍛造或是加工的方法生產(chǎn)時, 不劃算，不實用，或是不可行的情況。熔模鑄造主要工序包括壓蠟、制殼、脫蠟、干燥、澆注及修磨。每一步都對最終產(chǎn)品尺寸 有一定的影響，而壓蠟

3、和澆注是最主要的影響。用于做模型的材料，必須有以下特點：底粘度、一定的固體強(qiáng)度，低混合、低收縮率、高穩(wěn) 定性、并且對于制殼用料有化學(xué)抗性、有可接合性并且對健康無害。而蠟恰恰具有了以上所有 特性，于是被選為做模型的材料。蠟?zāi)５淖罱K尺寸，在射蠟階段會受到以下因素影響：1）蠟料種類，2）形狀，3）過程參數(shù)。 從另一方面來說，僅知道所選蠟料的線性（體）收縮率，是不足以預(yù)知尺寸的最終結(jié)果的。產(chǎn)品形狀和過程參數(shù)對最終尺寸具有相當(dāng)?shù)挠绊?。蠟與半結(jié)晶狀熱塑聚合物具有類似的性質(zhì)。它們也有不一樣的特點：1）低熔點（100攝氏度 以下）2）低熱傳導(dǎo)性。3）對高加熱速率敏感。壓蠟包括以下兒個階段：1）把固體蠟放入一個

4、用油來加工的容器里溶化。2）把溶化的蠟傳 送到射蠟機(jī)的桶里。3）用射蠟機(jī)把蠟射入模具里。3）冷卻蠟?zāi)?。最?）取出蠟?zāi)?。（通常接?來的工序是校正工序）如果校正要求達(dá)到既定的尺寸，那或者增加生產(chǎn)周期或者使用更多的工 裝，無論是哪種方式，都會增加熔模鑄造的總成本。圖形1展示的是一個典型的射蠟機(jī)的簡圖。過程參數(shù)對最終尺寸影響的程度，會由于葉片的復(fù)雜形狀受到影響。因此，這就是要進(jìn)行 研究形狀要素與過程參數(shù)相互影響的關(guān)鍵所在。2. 背景有些研究學(xué)習(xí)了蠟的性質(zhì)，既包括實驗性研究也包括數(shù)字化的研究。Sabau和Viswdndthan這兩個人首次用電腦做出了工業(yè)用蠟行為模擬的計算機(jī)程序，名 為” Cerit

5、aw29-51wBonilla et al.提出了一種用于預(yù)測熔模鑄造中的蠟?zāi)Ｊ湛s率的方法。由計算機(jī)輔助模擬 熱傳導(dǎo)，并且導(dǎo)入射蠟參數(shù)。他們用水來冷卻蠟?zāi)！orace和Lubos研究了在射蠟過程中，射蠟參數(shù)對于由模具生產(chǎn)出來的蠟?zāi)３叽绶€(wěn)定性的 影響。他們發(fā)現(xiàn)了不同的參數(shù)與所依賴的尺寸參數(shù)之間的相互關(guān)系。產(chǎn)品的形狀類似于交義形。Yarlagadda和Hock定義了通過硬質(zhì)模具和軟質(zhì)模具生產(chǎn)的蠟?zāi)５臏?zhǔn)確性，并且用低壓力 射蠟?zāi)＞邇?yōu)化了射蠟參數(shù)。該產(chǎn)品形狀類似于H型。之前的研究都主要是針對的都是簡單形狀。在某些應(yīng)用方面，他們的這些結(jié)果可以做適當(dāng) 延伸來使用。不過，對于產(chǎn)品形狀對于最終尺寸的明確影響

6、，這些從基本形狀推斷出來的數(shù)據(jù) 就要小心使用了，是當(dāng)應(yīng)該在要求有高準(zhǔn)確充且比較復(fù)雜的產(chǎn)品，如渦輪葉片。3. 問題闡述與目標(biāo)如之前提到的，本研究是為了找出射蠟參數(shù)對最終尺寸的影響及蠟?zāi)＃ǔ叽纾┓€(wěn)定性與葉片 形狀的關(guān)系。必須注意的是，形狀對于怎樣運(yùn)用尺寸糾正措施具有很大的影響。（此處是收縮的 因素）在技術(shù)上或是科學(xué)角度來看，對于所有尺寸都用相同的收縮率是不適當(dāng)?shù)?。一般對于熱?聚合物來說，材料生產(chǎn)商會給出一個收縮率的范圉。這是因為，過程參數(shù)如保持的壓力、保持 時間及產(chǎn)品厚度對收縮率會有很重大的影響。這些，都可以用壓力-體積-溫度表（PVT表）來解 釋。另外，產(chǎn)品其他的約束因素，也會相應(yīng)起影響到最終

7、尺寸，在不同的冷卻時間下，有溶芯 或是抽芯等等。而且，不規(guī)則的收縮還會造成扭曲變形，這就是在射蠟階段眾所周知的最主要 的缺陷。渦輪葉片有著復(fù)雜的形狀。這樣，應(yīng)用簡單形狀的結(jié)果到這個復(fù)朵形狀里就沒什么效果了。 從另一方面來說，由于其復(fù)雜性，要得到任何過程參數(shù)對于形位要素之間的關(guān)系顯然就算不是 不可，也都是非常困難的。典型的渦輪葉片形狀如圖形2所示。對于一個渦輪葉片來說，不規(guī)則的厚度螺旋槳、厚的 根部、曲面和扭度都是關(guān)鍵要素。為了消除形狀的影響，建議用接受實際應(yīng)用方式來檢驗包含 形位要素的模型。在本研究中，將對葉片的三個要素（不包括扭度）及它們與過程參數(shù)和尺寸穩(wěn) 定性的相互關(guān)系進(jìn)行實驗性地調(diào)查。由

8、于加工上的困難，在此不考慮扭度這個要素。因此，設(shè) 計了兩個模型并且做了一個模具來生產(chǎn)蠟?zāi)！Ｒ环N模擬了螺旋槳曲面，其他設(shè)計模擬了不規(guī)則 用度（兩種都包括有厚的根部。）這樣一來，就可以檢測出每種要素對于最終尺寸有什么程度的 影響了。4. 方法和材料蠟?zāi)ＴO(shè)計像前面提到的一樣，葉片的兒何形狀被分為兩個模型，稱作“TP1”和“TP2”。（圖形3和4）設(shè)計TP1涵蓋了翼型骨（曲率），設(shè)計TP2涵蓋了翼型的不同厚度（從一遍的最小值到寬度3/2 處的最大值，厚度依次減?。?。為了簡潔明了，在設(shè)計中加入了立方根和一致的翼型寬度。對于尺 寸，GE Frame 5的第一步被選定設(shè)計模擬。試驗設(shè)備和過程生產(chǎn)了一個兩槽的

9、模具用來生產(chǎn)兩個蠟?zāi)?。模具用AL5050制成，硬度值88HBO圖形5顯示了 這個模具的兩個部分。使用相同的設(shè)計和尺寸設(shè)置澆口，澆口在根部的中央。在現(xiàn)有的研究中，已經(jīng)對注入溫度和保壓時間做了研究。閑錢的研究顯示，注入溫度和保圧時 間對最終尺寸具有最多的影響力。【】因為蠟是在很低的壓力下被注入，所以射壓對尺寸具有毋庸 置疑的影響力，但有陶芯或很薄的截面的件除外【1】。接下來就在表1中指定的注射環(huán)境下壓制蠟?zāi)?。?中所指定的其他參數(shù)在所有試驗中都保 持為常數(shù)。使用的蠟型號為填充形蠟B417 （DUSSEK C.）,其性能在表3中給定。選取了所有試驗 點中的三個樣本進(jìn)行檢測，并提供有說服力的結(jié)果。壓制

10、后，蠟?zāi)１环旁谥Ъ苌响o置24小時，如 圖6所示。用CMM測量出來的蠟?zāi)５南鄳?yīng)尺寸如圖7所示。對蠟?zāi)Ｒ砩虾透康牧鶄€區(qū)域進(jìn)行了測 量。利用CMM制造的點云模擬所需區(qū)域并提取關(guān)鍵尺寸，如下（圖形8）：半徑a：翼型弦長（圖形9）。在渦輪葉片中，翼型弦長是最重要的尺寸，因為在研磨過程中， 葉片將被夾在翼型的前端和后緣。半徑b：相對于第一區(qū)域的第二、第三區(qū)域的橫向偏差（圖形10）。這個偏差在所有的渦輪葉 片中都會出現(xiàn)。半徑c：根部中央厚度（圖形11）半徑d：翼長用CMM對模上的相應(yīng)尺寸進(jìn)行了測量，以計算收縮。5. 結(jié)果和討論試驗結(jié)果如圖12-19。圖形12-14描述了在不同的融化時間下、保壓時間下，三個

11、翼型區(qū)域弦 長的變化?？傮w而言，保壓時間增長導(dǎo)致收縮下降，這是一個預(yù)期的結(jié)果。對于第二和第三區(qū)域,3百度文庫-讓每個人平等地捉升自我溫度的影響就更為明顯，因為他們相對于第一區(qū)域而言能更自山的收縮，而第一區(qū)域則被粘連在了 根部上。一般而言，融化溫度的增加降低了收縮，有可能是因為更低的粘度增進(jìn)了更統(tǒng)一的壓力的 作用。因此，少許的壓力降低的作用相對于更高水平的壓力來說反而是增進(jìn)了，尤其是對于遠(yuǎn)離注 射點的區(qū)域而言，并因此導(dǎo)致了更低的收縮。一個重要的結(jié)果就是蠟?zāi)P1的收縮量比蠟?zāi)P2高很多，（對于第二和第三區(qū)域來說，接近 兩倍）。這可以歸因為蠟?zāi)P1的曲率特性。對于這種設(shè)訃，可以推斷出這種收縮結(jié)

12、果包括兩種類 型：熱收縮和不均勻收縮。第一種收縮時山于在冷卻階段的文圖差異引起的，后者是山于收縮差異 （比鄰點之間的）稱作“翹曲”【5】。這是曲于彎曲狀的兩個面之間的冷卻速度差異（凹進(jìn)面的冷 卻速度要低于凸起面的冷卻速度）（圖形15）。圖形16和17顯示了第二三區(qū)域相對于第一區(qū)域在不同的保壓時間和注入溫度的情況下的偏差 程度。可以明顯看到，保圧時間越長，偏差越小。溫度的影響就更顯而易見了，因此注入溫度的升 高導(dǎo)致了偏差的降低。這兩個參數(shù)預(yù)示了壓力的效應(yīng)的原因在前面已經(jīng)解釋過了。然而，有趣的是 TP2的偏差方向與TP1的相反。偏差量更大，對注入溫度的敏感性更強(qiáng)，因此在最高溫度72C時, 偏差方向

13、發(fā)生改變。在蠟?zāi)P1 （包含曲率），能清楚地看到，偏差總是存在的并且是良性的，但 在TP2上，這個值并不穩(wěn)定，因此只要注入溫度有一點小的增長，他就能消失不見。圖形18顯示了保壓時間和熔化難度對根部第二（中間）區(qū)域的影響。能清楚看到根部收縮量 相對來說較高，接近4%,原因在于根部較厚。注入溫度和保壓時間的影響看起來好像可以忽略了， 盡管這個影響是相當(dāng)意外的。眾所周知，保壓時間的增長將導(dǎo)致收縮的降低。從很厚的根部獲得的 結(jié)果顯示一個相反的現(xiàn)象，但是改變的程度并不是很強(qiáng)烈。圖形19顯示了在注射參數(shù)下的翼長偏差。能很明顯的看出，保壓時間的增長將導(dǎo)致翼長的減 小，而溫度的影響可以忽略不計。實驗還發(fā)現(xiàn)，

14、對于兩個蠟?zāi)碚f收縮量是不同的。這可以用兩個區(qū)域的水力半徑來解釋，這兩 個區(qū)域是與加快水流、降低壓力水平有關(guān)的。關(guān)于水力半徑的尺寸，TP1為，TP2為，要比TP1高。 較低的水力半徑代表了更高的水流限制。因此，預(yù)訃會有更高的降壓產(chǎn)生，并因此導(dǎo)致更高的收縮。 然而，我們還不能得出水壓的差異是導(dǎo)致收縮差異的主要原因。6.總結(jié)這些實驗結(jié)果表明：注入溫度和保壓時間對于蠟?zāi)Ｗ罱K尺寸都有很大的影響。每種葉片兒何形狀對最終尺寸都有特定的影響。弦長和翼型偏差受葉片曲率的影響最大。這些問題不可能只通過工藝參數(shù)的改變就能消除。一 個校準(zhǔn)過程看起來就很有必要了。受曲率影響，翼型偏差的方向總是朝向凸起面。預(yù)計出現(xiàn)的情況是，曲率越大，